马鞍型曲线的焊接问题是空间相贯型曲线焊接中最普遍和最重要的焊接问题之一,在核电、军工、汽车、造船、阀门制造等行业中广泛存在。研究基于数控技术的马鞍型曲线自动焊接控制系统,对提高焊接轨迹的控制精度、提高焊接质量和焊接效率具有重要意义。本文以复杂空间曲线焊接控制技术的国内需求为背景,对马鞍型曲线自动焊接中的轨迹控制、焊枪姿态控制及焊接规范控制等问题进行了深入研究。主要研究内容和主要研究成果如下:分析了马鞍型曲线自动焊接系统中焊枪位姿控制的特点,研究了马鞍型曲线自动焊接数控系统的基本结构、控制参数及焊接工艺。研究提出了马鞍型曲线的直接插补算法。论文在对系统运动学模型的分析基础上,利用四轴联动及空间解析几何原理,建立了马鞍型曲线焊接时的焊接轨迹、焊枪姿态及速度控制的数学模型,提出了两种马鞍型曲线插补算法,并对这两种直接插补算法进行了对比分析。选择了基于焊枪姿态及速度控制的插补算法作为数控系统开发的曲线焊缝直接插补算法。该算法不但具有较高的轨迹精度和姿态控制精度,并具有良好的进给速度可控性,保证了焊接轨迹和焊接规范。开发了基于工业控制计算机的马鞍型曲线自动焊接数控系统。根据马鞍型曲线焊缝的特点及焊接要求,对数控系统进行了开放性设计和功能设计。以工业控制机为开发平台,设计了数控系统的硬件体系结构和软件体系结构,设计了伺服驱动接口,实现了基于OpenGL的焊接过程的动态仿真。